| 【中文题名】 | 光纤光栅V型内锥式流量传感器 |
| 【英文题名】 | Fiber Optic Bragg Grating V-Cone Flow Sensor |
| 【学科专业】 | 检测技术及自动化装置 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-9-13 |
| 【中关键词】 | 光纤光栅,FBG,LPG,流量测量,V型内锥, |
| 【英关键词】 | fiber optic grating,FBG,LPG,flow measurement,V-cone, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器>物理传感器 |
| 【论文摘要】 | 本文介绍了一种新型的V型内锥式光纤光栅流量计的原理以及实现方法。
V型内锥式流量传感器采用差压式流量测量方式。与传统差压式流量传感器相同，其基本原理建立在伯努利方程上；然而，其机械结构的设计则与传统差压式流量传感器大相径庭。因此，这一新型的流量传感器兼具了传统流量传感器的简单、使用成熟的优点以及性能优越、安装条件要求低、节能环保等其它优势。
光纤光栅传感除了具备光纤传感技术的所有优点之外，其波长调制传感特性使其具有以下独特的优点：光源的光强波动与光损耗不对系统准确度造成影响；可实现波分复用传感网络；可实现分布式测量系统。因此，将光纤光栅引入流量测量领域具有广泛的应用前景。
流量计传感部分基于V型内锥式流量传感器的差压式测量原理，利用光纤布拉格光栅(FBG)作为敏感元件将差压信号转换为光波长信号：解调部分采用与传感波长调谐范围相匹配的光纤长周期光栅(LPG)作为线性边缘滤波器，实现了全光纤传感系统；后续电路选用德州仪器公司的TMS320LF2407，构成实时信号处理系统。最终得到整个传感器系统的波长／流量响应曲线，解调系统流量测量分辨率为0.6pm。 |
| 【论文题纲】 |
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学位论文原创性声明 |
2-3 |
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摘要 |
3-4 |
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ABSTRACT |
4-7 |
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符号说明 |
7-8 |
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第一章 概述 |
8-20 |
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1.1 光纤传感器的应用 |
8-10 |
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1.2 光纤传感技术 |
10-12 |
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1.3 波长调制型光纤传感技术 |
12 |
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1.4 流量测量技术概述 |
12-15 |
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1.5 差压式流量测量 |
15-16 |
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1.6 光纤式流量测量传感技术 |
16-19 |
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1.7 论文的主要任务 |
19-20 |
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第二章 V型内锥式流量传感器 |
20-27 |
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2.1 简介 |
20-23 |
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2.1.1 V型内锥式流量传感器 |
20 |
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2.1.2 工作原理 |
20-22 |
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2.1.3 自整流 |
22-23 |
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2.2 主要性能 |
23-25 |
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2.3 V型内锥式流量传感器实流测量 |
25-27 |
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2.3.1 V型内锥式流量计技术参数与实流测量条件 |
25-26 |
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2.3.2 V型内锥式流量计的实流标定与计算 |
26-27 |
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第三章 光纤光栅传感系统 |
27-35 |
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3.1 光纤光栅简介 |
27-28 |
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3.2 光纤光栅的制作 |
28-29 |
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3.3 光纤布拉格光栅传感系统的构成和响应 |
29-30 |
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3.4 光纤布拉格光栅传感原理 |
30-32 |
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3.4.1 光纤布拉格光栅温度传感原理 |
30-31 |
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3.4.2 光纤布拉格光栅应变传感原理 |
31-32 |
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3.5 光纤光栅传感性能实验 |
32-34 |
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3.5.1 光纤布拉格光栅温度测量实验 |
32-33 |
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3.5.2 光纤布拉格光栅应变测量实验 |
33-34 |
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3.6 光纤光栅测量系统解调技术 |
34-35 |
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第四章 光纤光栅V型内锥式流量计传感原理与实现 |
35-51 |
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4.1 光纤光栅V型内锥式流量计传感部分原理与设计 |
35-41 |
|
4.1.1 差压测量原理 |
36-39 |
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4.1.2 温度补偿 |
39-40 |
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4.1.3 光纤布拉格光栅V型内锥式流量传感器流量/波长方程 |
40-41 |
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4.2 光纤光栅V型内锥式流量计解调部分设计与实现 |
41-45 |
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4.2.1 长周期光纤光栅的特性 |
41-42 |
|
4.2.2 LPG线性边缘滤波器解调原理 |
42-44 |
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4.2.3 解调系统输出流量计算 |
44-45 |
|
4.3 光学器件选取与光传输链路构建 |
45-51 |
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4.3.1 光纤布拉格光栅的选用 |
45-46 |
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4.3.2 宽带光源的选用 |
46-48 |
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4.3.3 光电探测器 |
48-49 |
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4.3.4 光纤链路的连接 |
49-51 |
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第五章 测量电路 |
51-56 |
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5.1 光电转换电路 |
51-53 |
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5.1.1 光电二极管 |
52 |
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5.1.2 前置放大电路 |
52 |
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5.1.3 光电转换电路噪声分析 |
52-53 |
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5.2 信号处理电路 |
53-56 |
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5.2.1 DSP芯片介绍 |
53 |
|
5.2.2 DSP系统电路 |
53-56 |
|
第六章 固件及软件设计 |
56-61 |
|
6.1 DSP开发环境 |
56 |
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6.2 软固件程序开发 |
56-61 |
|
6.2.1 初始化程序 |
56-57 |
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6.2.2 数据采集程序 |
57 |
|
6.2.3 UART服务程序 |
57-58 |
|
6.2.4 存储器分配文件 |
58-61 |
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第七章 实验数据与结果分析 |
61-73 |
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7.1 V型内锥式流量计实流标定结果 |
61-62 |
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7.2 光纤布拉格光栅传感特性 |
62-70 |
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7.2.1 FBG测温实验 |
62-64 |
|
7.2.2 FBG应变测量 |
64-70 |
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7.3 光纤布拉格光栅差压测量结果分析 |
70-71 |
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7.4 光纤光栅V型内锥式流量计流量测量结果 |
71-73 |
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第八章 结论与展望 |
73-74 |
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8.1 结论 |
73 |
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8.2 展望 |
73-74 |
|
参考文献 |
74-78 |
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致谢 |
78-79 |
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攻读学位期间发表的学术论文目录 |
79 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.380304 |
